KR101282778B1 - 엘리베이터용 유연동축케이블 - Google Patents

엘리베이터용 유연동축케이블 Download PDF

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Abstract

엘리베이터용 유연동축케이블이 개시된다. 개시된 엘리베이터용 유연동축케이블은 유연동축케이블의 외관을 형성하는 피복층과, 피복층 내에 마련된 적어도 하나의 동축케이블을 포함하며, 동축케이블이 중심도체와, 외부도체 및, 그들 사이에 다층으로 개재된 서로 다른 재질의 복수 유전체층을 구비한다. 이러한 구조의 동축케이블을 사용하면 엘리베이터 운행에 요구되는 유연성과 견고성 및 통신 안정성 등의 특징이 모두 확보될 수 있다.

Description

엘리베이터용 유연동축케이블 {Flexible coaxial cable for elevator}
본 발명은 엘리베이터용으로 사용되는 유연동축케이블에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유연성과 인장강도 및 통신의 안정성을 모두 갖출 수 있도록 개선된 유연동축케이블에 관한 것이다.
일반적으로 엘리베이터에는 그 객실에 필요한 전력 및 통신 선로 등을 제공하기 위한 유연케이블이 연결되어 있다.
도 1a는 이러한 유연케이블(10)의 일반적인 단면 구조를 도시한 것인데, 도시된 바와 같이 여러 가닥의 PVC전선(11)을 연질PVC(12)가 감싸고 있는 구조로 이루어져 있다. 그리고, 고층용 엘리베이터와 같이 높은 인장강도가 요구되는 곳에서는 도 1b에 도시된 바와 같이 인장보강선(13)이 삽입된 구조가 채용되기도 한다.
그런데, 이러한 기존의 케이블 구조에는 전자파 차폐 기능이 없기 때문에, 이를 잡음에 취약한 CCTV신호나 휴대전화용 안테나 신호의 통신용으로 사용하기는 어려운 문제가 있다. 따라서, 이를 해결하기 위해 별도의 동축케이블을 상기 유연케이블에 묶어서 사용하는 방안이 제안되고 있으나, 이렇게 할 경우 자칫 케이블 간의 잦은 엉킴 등을 유발하여 유연케이블의 수명을 단축시킬 수 있고, 심할 경우 엘리베이터 작동에 직접적인 문제를 일으킬 수도 있다.
또한, 동축케이블을 사용한다 하더라도, 일반적인 동축케이블로는 엘리베이터용으로 요구되는 유연성과 인장강도의 특성을 동시에 만족시키기가 어렵다. 즉, 동축케이블은 통상적으로 동축 상의 중심도체와 외부도체 사이에 유전체가 한 층 개재된 구조로 이루어져 있는데, 이 유전체가 너무 단단하면 엘리베이터 작동 시 동축케이블이 유연하게 변형되지 못해서 케이블의 피로파괴가 빨라지는 문제가 있고, 반대로 너무 약하면 중심도체를 제대로 지지해주지 못하므로 중심도체에 하중이 집중되어 그 중심도체로부터의 피로파괴가 빨라지되는 문제가 생긴다.
따라서, 엘리베이터의 보다 안정적이고 원활한 가동을 보장하기 위해서는, 상기한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 구조의 엘리베이터용 케이블이 요구되고 있다.
본 발명의 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로, 유연성과 인장강도 및 안정적인 통신환경을 제공할 수 있도록 개선된 엘리베이터용 유연동축케이블을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엘리베이터용 유연동축케이블은, 유연동축케이블의 외관을 형성하는 피복층과, 상기 피복층 내에 마련된 적어도 하나의 동축케이블을 포함하며, 상기 동축케이블은 중심도체와, 외부도체 및, 상기 중심도체와 외부도체 사이에 다층으로 개재된 서로 다른 재질의 복수 유전체층을 포함한다.
여기서, 상기 복수 유전체층은 경질재인 솔리드 폴리에틸렌층과 연질재인 발포 폴리에틸렌층을 포함할 수 있다.
상기 외부도체는 상기 유전체층을 감싸는 제1편조층과, 그 제1편조층을 감싸는 제2편조층을 포함할 수 있다.
상기 제1편조층 및 제2편조층은 편조율이 각각 80% 이상인 것이 바람직하다.
상기 외부도체와 상기 피복층 사이에 강도 증강용 탄소섬유층 및, 그 탄소섬유층을 상하로 감싸는 제1연질절연층과 제2연질절연층이 구비될 수 있다.
상기 탄소섬유층의 각 탄소섬유 배치 방향과 상기 동축케이블의 축방향이 10°이내의 각도를 이루는 것이 바람직하다.
상기 동축케이블은 상기 피복층 내에 한 쌍이 아령형상으로 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 동축케이블 사이의 상기 피복층 내에 전선부가 마련될 수 있다.
상기 전선부는 절연전선을 포함할 수도 있고, 또는 상기 한 쌍의 동축케이블에 비해 크기는 작고 구조는 동일한 소형 동축케이블을 포함할 수도 있다.
상기 소형 동축케이블의 중심도체로서 광섬유가 구비될 수 있다.
상기 피복층에는 그 몸체를 상기 동축케이블의 축방향에 대해 수직으로 관통하는 펀칭홀이 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 엘리베이터용 유연동축케이블을 이용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 안정적인 고주파 통신 환경이 제공된다. 즉, 전자파 차단 효과가 우수한 동축케이블을 사용하기 때문에, 이동전화나 CCTV같이 노이즈에 취약한 전기 신호도 안정적으로 송수신할 수 있는 환경이 마련된다.
둘째, 케이블에 적정 수준의 유연성과 인장강도가 함께 갖춰지므로 내구성과 수명이 월등히 향상되어 안정적인 운전을 보장할 수 있게 된다.
셋째, 아령 모양의 독특한 단면 형상과 펀칭 구조 등으로 인해 수직 및 수평방향에 대한 흔들림을 줄어서 엘리베이터의 고속 주행 환경에도 적합하다.
넷째, 동축케이블의 특성 상 임피던스가 일정하므로, 보수용 측정기를 이용하면서 레퍼런스 신호와 측정 신호를 비교하여 상태를 점검하기가 용이하다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 엘리베이터용 유연케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 유연동축케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 2의 유연동축케이블 중 복합 유전체층의 강도 특성을 보인 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 유연동축케이블의 모양을 종래의 원형케이블 및 평판케이블과 비교하여 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엘리베이터용 유연동축케이블의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 엘리베이터용 유연동축케이블을 케이블 그립에 설치한 구조를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 유연동축케이블의 구조를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터용 유연동축케이블의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A선을 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예의 엘리베이터용 유연동축케이블은, 외관을 형성하는 피복층(300) 안에 한 쌍의 동축케이블(100)이 아령 형상으로 대칭되게 배치된 구조를 가지고 있다. 즉, 노이즈 신호를 차단하는 성능이 뛰어난 동축케이블(100)을 전기신호의 통신선으로 배치함으로써 CCTV신호나 이동통신 신호와 같이 노이즈에 취약한 신호를 안정적으로 송수신할 수 있도록 한 것이다.
그러나, 일반적인 동축케이블만 사용해서는 전술한 바와 같이 케이블의 유연성과 인장강도를 적정 수준으로 함께 확보하기 어려운 문제가 따르기 때문에, 본 발명에서는 이를 해결하기 위해 다음과 같은 독특한 구조의 동축케이블(100)을 제공한다.
먼저, 각 동축케이블(100)에는 도전체인 중심도체(110)와 외부도체(130)가 구비되며, 그 중심도체(110)와 외부도체(130) 사이에는 유전체층(120)이 배치된다.
여기서, 상기 유전체층(120)은 기존처럼 단일층으로 형성된 것이 아니라, 서로 다른 재질의 층이 다층으로 배치된 복한 유전체 구조로 형성되어 있다. 즉, 경질재인 솔리드 폴리에틸렌층(121)이 상기 중심도체(110)를 감싸고 있고, 그 위를 다시 연질재인 발포 폴리에틸렌층(122)이 둘러싼 다층 구조로 이루어져 있다. 이와 같이 유전체층(120)이 연질재(122) 및 경질재(121)가 다층으로 배치된 복합 구조를 가지게 되면, 제품의 유연성과 견고성을 함께 확보할 수 있게 된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 솔리드 폴리에틸렌층(121)은 변형에 강한 특성을 가지고 있어서 중심도체(110)를 견고히 지지하며 이탈을 방지해줄 수 있고, 상기 발포 폴리에틸렌층(122)은 유연성이 풍부하여 탄성변형 구간을 크게 확보할 수 있으므로 피로에 의한 변형을 억제하여 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 이러한 복합 유전체층(120)을 구성함으로써 유연성과 견고성이라는 이율배반적 특성을 동시에 확보할 수 있게 된다.
한편, 상기 중심도체(110)는 직경 0.7mm 이하의 가는 연동선 또는 은/니켈 도금 연동선을 적어도 7가닥 이상 꼬아서 만든 집합 연동선으로 구성할 수 있으며, 이 중심도체(110)를 감싸는 상기 솔리드 폴리에틸렌층(121)은 중심도체(110) 두께의 15% 이상의 두께는 되어야 압출성형이 용이하게 진행될 수 있다.
그리고, 상기 외부도체(130)는 직경 0.2mm 이하의 소선을 12가닥 이상 모아서 만든 2개의 편조(braid)층, 즉 제1편조층(131)과 제2편조층(132)으로 구성된다. 상기 제1,2편조층(131)(132) 모두 편조율은 80% 이상으로 구성한다. 이동통신용 주파수인 GHz 대역의 주파수 신호에 대한 차폐(shield) 효과를 얻으려면 80% 이상의 편조율이 필요하기 때문이다. 따라서, 이러한 제1,2편조층(131)(132)을 구비한 외부도체(130)에 의해 외부 노이즈 신호를 효과적으로 차단할 수 있게 된다.
또한, 이 외부도체(130) 위를 제1연질절연층(141)과 제2연질절연층(142)이 차례로 감싸고 있고, 이 제1,2연질절연층(141)(142) 사이에는 강도 증강용 탄소섬유층(143)이 형성되어 있다. 이러한 제1,2연질절연층(141)(142)과 탄소섬유층(143)은 본 유연동축케이블(100)의 인장강도롤 극대화시키는 효과를 제공하게 된다. 즉, 기본적으로 인장강도가 철의 10배인 탄소섬유층(143)이 배치되므로 축방향에 대한 인장강도가 크게 향상된다. 이 효과를 더 극대화시키기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 마름모 형태로 배치된 각 탄소섬유의 배치 방향과 유연동축케이블(100)의 축방향이 이루는 각도는 10°이내가 되게 하는 것이 좋다. 그래야 축방향에 대한 인장강도를 극대화시킬 수 있다. 그리고, 이 탄소섬유층(143)을 상기 제1,2연질절연층(141)(142)이 상하로 감싸서 공기나 습기로부터 차단해주기 때문에 탄소섬유층(143)의 특성 열화가 충분히 억제되며, 결과적으로 이 구성에 의한 고강도 특성이 장기간 안정적으로 유지될 수 있다.
그리고, 상기 제2연질절연층(142) 위에 상기 피복층(300)이 압출성형 방식 등에 의해 형성된다. 상기 피복층(300)은 제1,2연질절연층(141)(142)과 같은 연질 PVC 재질로 형성되므로 상기 피복층(300)이 제3연질절연층에 해당되는 셈이지만, 여기서는 명칭을 피복층(300)으로 부르기로 한다.
이러한 개별 구조를 가진 동축케이블(100) 한 쌍이 도 1과 같이 아령 모양으로 대칭되게 배치되어 유연동축케이블(100)을 형성하게 된다.
그리고, 이 한 쌍의 동축케이블(100) 사이의 피복층(300) 안에는 직경 1.0~1.6mm의 PVC 절연전선(200)이 복수 개 배치되어 예컨대 전력 공급을 위한 전선부의 기능을 수행하게 된다.
한편, 상기 피복층(300)의 상기 동축케이블(100)이나 절연전선(200)과 간섭되지 않는 영역에는 본 유연동축케이블(100)의 축과 수직방향으로 관통된 펀칭홀(301)이 다수 개 형성된다. 이것은 공기가 만나는 투영면적을 줄여서 바람에 의해 유연동축케이블(100)이 심하게 흔들리지 않도록 하여 엘리베이터의 고속운행시에도 케이블의 극렬한 유동에 의한 문제 발생을 예방하기 위한 조치이다. 일반적으로 물체에 가해지는 풍력은 투영면적과 공기저항계수의 곱에 비례하므로, 상기와 같이 펀칭홀(301)을 뚫어서 제품의 투영면적을 줄여 놓으면 풍력에 의한 요동 현상을 크게 줄일 수 있다.
또한, 상기와 같이 아령 형상으로 형성된 구조는 단면2차 모멘트를 증가시키게 되는데, 도 5에 도시된 바와 같이 본 구조인 아령 형상(a)이 같은 단면적의 원형 케이블(b)이나 평판 케이블(c)에 비해 단면2차 모멘트가 각각 17배와 1.6배 크게 나타난다. 이렇게 단면2차 모멘트가 증가하면 변형에 대한 내력이 향상되는 효과가 생기며, 상기한 유전체층(120)과 탄소섬유층(143) 및 펀칭홀(301) 등과 함께 복합적인 성능을 발휘하여 제품의 내구성을 향상시키고 안정성을 보장할 수 있게 해준다.
따라서, 엘리베이터용 케이블로서 필요한 유연성과 견고성 및 통신 안정성이 모두 확보된 유연동축케이블(100)이 구현된다. 그리고, 동축케이블(100)의 특성 상 임피던스가 일정하므로, 보수용 측정기를 이용하면서 레퍼런스 신호와 측정 신호를 비교하여 케이블의 상태를 쉽게 점검할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 절연부로서 PVD 절연전선(200)을 배치한 구조를 개시하였는데, 이와 달리 도 6에 도시된 것처럼 절연부도 양단의 동축케이블(100)과 같은 구조이고 크기만 작은 소형 동축케이블(400)로 구성할 수 있다. 그리고, 그 중심도체(410)를 광섬유로 대체할 수도 있는 등 다양한 변형도 물론 가능하다.
또한, 본 발명의 유연동축케이블은 도 7에 도시된 바와 같이 케이블 그립(500)에 결합되어 견인되는 경우가 있는데, 이 경우에도 전술한 바와 같이 탄소섬유층(143)으로 인해 인장강도가 충분히 강화되어 있기 때문에 자중 변화에 의한 늘어짐이나 피로파괴 등을 효과적으로 억제할 수 있다.
이와 같은 구조의 엘리베이터용 유연동축케이블의 효과를 다시 한번 정리하면 다음과 같다.
첫째, 안정적인 고주파 통신 환경이 제공된다. 즉, 상기 제1,2편조층(131)(132) 등을 구비하여 전자파 차단 효과가 우수한 동축케이블(100)을 사용하기 때문에, 이동전화나 CCTV같이 노이즈에 취약한 전기 신호도 안정적으로 송수신할 수 있는 환경이 마련된다.
둘째, 복합 유전체층(120)과 탄소섬유층(143) 등을 구비하여 케이블에 적정 수준의 유연성과 인장강도가 함께 갖춰지므로 내구성과 수명이 월등히 향상되어 안정적인 운전을 보장할 수 있게 된다.
셋째, 아령 모양의 독특한 단면 형상과 펀칭 구조 등으로 인해 수직 및 수평방향에 대한 흔들림을 줄어서 엘리베이터의 고속 주행 환경에도 적합하다.
넷째, 동축케이블(100)의 특성 상 임피던스가 일정하므로, 보수용 측정기를 이용하면서 레퍼런스 신호와 측정 신호를 비교하여 상태를 점검하기가 용이하다.
본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 이하에 기재되는 특허청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.
100...동축케이블 110...중심도체
120...유전체층 130...외부도체
141,142...제1,2연질절연층 143...탄소섬유층
200...절연전선 300...피복층
400...소형 동축케이블

Claims (12)

  1. 유연동축케이블의 외관을 형성하는 피복층과, 상기 피복층 내에 마련된 적어도 하나의 동축케이블을 포함하며,
    상기 동축케이블은 중심도체와, 외부도체 및, 상기 중심도체와 외부도체 사이에 다층으로 개재된 서로 다른 재질의 복수 유전체층을 포함하되,
    상기 외부도체와 상기 피복층 사이에 강도 증강용 탄소섬유층 및, 그 탄소섬유층을 상하로 감싸는 제1연질절연층과 제2연질절연층이 구비된 엘리베이터용 유연동축케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 유전체층은 경질재인 솔리드 폴리에틸렌층과 연질재인 발포 폴리에틸렌층을 포함하는 엘리베이터용 유연동축케이블.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부도체는 상기 유전체층을 감싸는 제1편조층과, 그 제1편조층을 감싸는 제2편조층을 포함하는 엘리베이터용 유연동축케이블.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1편조층 및 제2편조층은 편조율이 각각 80% 이상인 엘리베이터용 유연동축케이블.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소섬유층의 각 탄소섬유 배치 방향과 상기 동축케이블의 축방향이 10°이내의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 유연동축케이블.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 동축케이블은 상기 피복층 내에 한 쌍이 아령형상으로 대칭되게 배치된 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 유연동축케이블.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 한 쌍의 동축케이블 사이의 상기 피복층 내에 전선부가 마련된 엘리베이터용 유연동축케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전선부는 절연전선을 포함하는 엘리베이터용 유연동축케이블.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전선부는 상기 한 쌍의 동축케이블에 비해 크기는 작고 구조는 동일한 소형 동축케이블을 포함하는 엘리베이터용 유연동축케이블.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 소형 동축케이블의 중심도체로서 광섬유가 구비된 엘리베이터용 유연동축케이블.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 피복층에는 그 몸체를 상기 동축케이블의 축방향에 대해 수직으로 관통하는 펀칭홀이 형성된 엘리베이터용 유연동축케이블.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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